北京东城区2020届高三上学期期末考试物理试题

2020北京东城高三（上）期末

物理

一、 本部分共14小题，每小题3分，共42分。在每小题列出的四个选项中，选出最符合题目要求的一项。

1.下列说法正确的是

A. 动摩擦因数μ的单位是N/kg

B. 弹簧劲度系数k的单位是N/m

C. 电阻率ρ的单位是Ω/m

D. 静电力常量k的单位是N•C2/m2

【答案】B

【解析】

【详解】A．根据可知动摩擦因数μ没有单位，选项A错误；

B．根据，则弹簧劲度系数k的单位是N/m，选项B正确；

C．根据可得到，则电阻率ρ的单位是Ω∙m，选项C错误；

D．根据可得，则静电力常量k的单位是N• m2/ C2，选项D错误；

故选B.

2.如图所示，人站在船上撑竿使船离岸，在此过程中

A. 竿对岸的作用力大于岸对竿的作用力

B. 人与船之间存在着相互作用的摩擦力

C. 岸对竿的作用力使船的运动状态发生改变

D. 人受到的重力和竿对人的作用力是一对平衡力

【答案】B

【解析】

【详解】A. 竿对岸的作用力与岸对竿的作用力是一对作用与反作用力，则大小相等，选项A错误；

B. 人与船之间有相对运动的趋势，可知人与船之间存在着相互作用的摩擦力，选项B正确；

C. 竿对船的作用力使船的运动状态发生改变，选项C错误；

D. 人受到的重力与船对人的作用力以及竿对人的作用力，三力平衡，选项D错误；

故选B.

3.将小球竖直向上抛出，忽略空气阻力的影响。小球在空中运动过程中，到达最高点前的最后1秒内和离开最高点后的第1秒内

A. 位移相同 B. 路程不同

C. 加速度相同 D. 速度变化量不同

【答案】C

【解析】

【详解】A. 到达最高点前的最后1秒内和离开最高点后的第1秒内位移大小相同，方向相反，选项A错误；

B. 由对称可知，到达最高点前的最后1秒内和离开最高点后的第1秒内路程相同，选项B错误；

C. 加速度均为g向下，选项C正确；

D. 根据可知，速度变化量均为10m/s，且方向向下，选项D错误；

故选C.

4.在竖直运动的电梯地板上放置一台秤，将物体放在台秤上。电梯静止时台秤示数为N。在电梯运动的某段过程中，台秤示数大于N。在此过程中

A. 物体受到的重力增大 B. 物体处于失重状态

C. 电梯可能正在加速下降 D. 电梯可能正在加速上升

【答案】D

【解析】

【详解】A．物体的视重变大，但是受到的重力没变，选项A错误；

B．物体对台秤压力变大，可知物体处于超重状态，选项B错误；

CD．物体超重，则加速度向上，则电梯可能正在加速上升或者减速下降，选项C错误，D正确；

故选D.

5.质量为m的物体系于轻弹簧下端。当弹簧沿竖直方向拉住物体，系统静止时弹簧伸长量为L0。当弹簧以如图所示方式拉住物体，系统静止时弹簧伸长量也为L0，此时

A. 物体不受静摩擦力

B. 物体所受静摩擦力大小为，方向沿斜面向下

C. 物体所受静摩擦力大小为mg，方向沿斜面向下

D. 物体所受静摩擦力大小为，方向沿斜面向上

【答案】B

【解析】

【详解】由题意可知mg=kL0；在斜面上时弹簧的伸长量也为L0，可知弹力等于向上的mg，则由平衡知识：

f+mgsin30°=mg

可知

f=0.5mg

方向沿斜面向下；

A．物体不受静摩擦力，与结论不相符，选项A错误；

B．物体所受静摩擦力大小为，方向沿斜面向下，与结论相符，选项B正确；

C．物体所受静摩擦力大小为mg，方向沿斜面向下，与结论不相符，选项C错误；

D．物体所受静摩擦力大小为，方向沿斜面向上，与结论不相符，选项D错误；

故选B.

6.两位同学在学校操场上同一高度处同时抛出甲、乙两小球，甲球初速度方向竖直向上，乙球初速度方向水平。已知两小球初速度大小相等，不计空气阻力影响。下列说法正确的是

A. 甲球先落地，落地时甲球速度大

B. 乙球先落地，落地时乙球速度大

C. 甲球先落地，落地时两球速度大小相等

D. 乙球先落地，落地时两球速度大小相等

【答案】D

【解析】

【详解】AC．甲球初速度方向竖直向上，乙球初速度方向水平，则乙球落地时间，而甲球先向上运动，然后向下做自由落体运动，可知落地时间大于t，则乙球先落地，选项AC错误；

BD．根据机械能守恒可得

可知落地速度大小相等，选项B错误，D正确；

故选D.

7.一条绳子可以分成一个个小段，每小段都可以看做一个质点，这些质点之间存在着相互作用。如图所示，1、2、3、4……为绳上的一系列等间距的质点，绳处于水平方向。质点1在外力作用下沿竖直方向做简谐运动，会带动2、3、4……各个质点依次上下振动，把振动从绳的左端传向右端。质点1的振动周期为T。t = 0时质点1开始竖直向上运动，经过四分之一周期，质点5开始运动。下列判断正确的是

A. 质点1与质点20间相距一个波长

B. 质点20开始振动时运动方向向下

C. 时质点5的加速度方向向上

D. 时质点12的运动方向向上

【答案】D

【解析】

【详解】A．由题意可知，第1到第5个质点之间为，则质点1与质点17间相距一个波长，选项A错误；

B．因为质点1开始起振的方向向上，则质点20开始振动时运动方向也向上，选项B错误；

C．在时刻质点5开始向上振动，在时质点5到达最高点，其加速度方向向下，选项C错误；

D．时质点13刚开始起振，此时质点12已经振动了，则运动方向向上，选项D正确；

故选D.

8.如图所示为某电场中的一条电场线，M、N是电场线上的两点。下列说法正确的是

A. M点的电势一定比N点的电势低

B. M点的电场强度一定比N点的电场强度小

C. 负电荷在M点的电势能一定比在N点的电势能小

D. 将正电荷从M点移动到N点时电场力一定做负功

【答案】C

【解析】

【详解】A．沿电场线电势降低，可知M点的电势一定比N点的电势高，选项A错误；

B．一条电场线不能决定疏密，则M点的电场强度与N点无法比较，选项B错误；

C．负电荷在高电势点电势能小，则负电荷在M点的电势能一定比在N点的电势能小，选项C正确；

D．将正电荷从M点移动到N点时，电场力与位移同向，则电场力一定做正功，选项D错误；

故选C.

9.如图所示，一对带绝缘支柱的导体M、N彼此接触，且均不带电。把带正电的物体P移近导体M。下列说法正确的是

A. 若先把M、N分开，再移去P，M带正电，N带负电

B. 若先把M、N分开，再移去P，M带负电，N带正电

C 若先移去P，再把M、N分开，M带正电，N带负电

D. 若先移去P，再把M、N分开，M带负电，N带正电

【答案】B

【解析】

【详解】AB．金属导体处在正电荷的电场中，由于静电感应现象，导体M的左端要感应出负电荷，在导体N的右端会出现正电荷，若先把M、N分开，再移去P，M带负电，N带正电，选项A错误，B正确；

CD．若先移去P，则MN两端感应出的电荷中和，则再把M、N分开，M、N都不带电，选项CD错误；

故选B

10.一台手摇交流发电机，线圈内阻1.0 Ω，产生的电动势随时间变化的规律为e＝(V)。发电机只与9.0 Ω的电阻组成闭合电路。则

A. 交变电流的频率为10 Hz

B. 电动势的峰值为20V

C. 电路中电流的有效值为1.0 A

D. 一周期内外接电阻消耗电能9.0J

【答案】C

【解析】

【详解】A．交变电流的频率为

选项A错误；

B．电动势的峰值为10V，选项B错误；

C．电动势的有效值为E=10V，则电路中电流的有效值为

选项C正确；

D．因为T=1/f=0.2s，则一周期内外接电阻消耗电能

选项D错误；

故选C.

11.如图所示，当开关S闭合后，小型直流电动机M和指示灯L都恰能正常工作。已知电源电动势为E，内阻为r，指示灯L的电阻为R0，额定电流为I，电动机M的线圈电阻为R，则

A. 电动机的额定电压为IR

B. 电动机的输出功率为IE-I2R

C. 电源的输出功率为IE-I2r

D. 整个电路的热功率为I2（R0 +R）

【答案】C

【解析】

【详解】A．电动机的额定电压为E-IR0-Ir，选项A错误；

B．电动机的输出功率为I(E-IR0-Ir)-I2R，选项    B错误；

C．电源的输出功率为IE-I2r，选项C正确；

D．整个电路的热功率为I2（R0 +R+r），选项D错误；

故选C.

12.如图所示，两根垂直纸面的直导线a、b通有大小相同的电流，两导线旁有一点P，P点到a、b距离相等。若使P点的磁场方向向右，则

A. a中电流方向向外，b中电流方向向里

B. a中电流方向向外，b中电流方向向外

C. a中电流方向向里，b中电流方向向里

D. a中电流方向向里，b中电流方向向外

【答案】A

【解析】

【详解】A．若a中电流方向向外，b中电流方向向里，根据右手螺旋法则可知a在P点的磁场斜向右上方，b在P点的磁场斜向右下方，合成后的合磁场水平向右，选项A正确；

B．若a中电流方向向外，b中电流方向向外，根据右手螺旋法则可知a在P点的磁场斜向右上方，b在P点的磁场斜向左上方，合成后的合磁场竖直向上，选项B错误；

C． a中电流方向向里，b中电流方向向里，根据右手螺旋法则可知a在P点的磁场斜向左下方，b在P点的磁场斜向右下方，合成后的合磁场竖直向下，选项C错误；

D．a中电流方向向里，b中电流方向向外，根据右手螺旋法则可知a在P点的磁场斜向左下方，b在P点的磁场斜向左上方，合成后的合磁场水平向左，选项D错误；

故选A.

13.如图所示，竖直放置的一对平行金属板间有加速电场，电势差为U1，水平放置的一对平行金属板间有偏转电场，电势差为U2。一带电粒子由静止开始经加速电场后进入偏转电场，且从偏转电场射出。粒子重力忽略不计。现保持其他条件不变，只增大U1，仍使该种粒子由静止开始进入加速电场。与U1变化前相比，带电粒子

A. 在偏转电场中，动能增加量一定增大

B. 在偏转电场中，动能增加量可能不变

C. 射出偏转电场时的动能一定增大

D. 射出偏转电场时的动能可能不变

【答案】D

【解析】

【详解】AB．粒子经电场U1加速后，根据动能定理得

 粒子在偏转电场中：水平方向

L=v0t

竖直方向：

由牛顿第二定律可得：

解得

则在偏转电场中动能增加量为

则只增大U1，则在偏转电场中，动能增加量一定减小，选项AB错误；

CD．射出偏转电场时的动能：

则只增大U1，则射出偏转电场时的动能可能不变，选项C错误，D正确；

故选D.

14.如图甲所示，空间存在方向垂直纸面的匀强磁场，虚线MN为其边界。一个用细金属丝绕成的半径为r的圆环固定在纸面内，圆心O在MN上。已知细金属丝的电阻率为ρ、横截面积为S。磁感应强度B随时间t的变化关系如图乙所示，t=0时磁感应强度的方向如图甲中所示。则在0到t1时间间隔内

A. 圆环中的感应电流大小为

B. 圆环中产生的焦耳热为

C. 圆环所受安培力的方向始终不变

D. 圆环中感应电流始终沿逆时针方向

【答案】B

【解析】

【详解】A．感应电动势

圆环的电阻

可得圆环中的感应电流大小为

选项A错误；

B．圆环中产生焦耳热为

选项B正确；

CD．根据楞次定律可知，圆环中产生的感应电流始终为顺时针方向，而磁场方向先正后负，由左手定则可知，圆环所受安培力的方向会发生变化，选项CD错误；

故选B.

15.做“测量金属丝的电阻率”实验。

（1）用螺旋测微器测量金属丝直径，示数如图甲所示，则金属丝直径的测量值d=_______mm。

（2）在设计测量金属丝电阻Rx的实验电路时需要思考两个问题：

①如何选择电流表的接法？

如图乙所示，某同学采用试触的方法，让电压表的一端接在A点，另一端先后接到B点和C点。他发现电压表示数有明显变化，而电流表示数没有明显变化。据此应该选择电流表_______（填写“内接”或“外接”）的电路。

②如何选择滑动变阻器的接法？

已知待测金属丝的电阻约为20Ω，实验室提供的滑动变阻器的最大阻值为5Ω，电源电动势为3V，需要选择滑动变阻器的_____________(填写“分压式”或“限流式”) 接法。

（3）图丙是测量金属丝电阻的实验器材实物图，图中已连接了部分导线，滑动变阻器的滑片P置于变阻器的最左端。请根据（2）中选择的电路，完成实物间的连线，并使闭合开关的瞬间，电压表和电流表均处于安全状态____________。

（4）请你写出金属丝电阻率的计算式____________（用待测金属丝电阻的测量值Rx、直径的测量值d、长度的测量值L表示）。

【答案】    (1). 0.127±0.001    (2). 外接    (3). 分压式    (4).     (5).

【解析】

【详解】（1）[1]．金属丝直径的测量值d=0.01mm×12.7=0.127mm。

（2）①[2]．某同学采用试触的方法，让电压表的一端接在A点，另一端先后接到B点和C点。他发现电压表示数有明显变化，而电流表示数没有明显变化。说明电流表的分压作用不可忽略，据此应该选择电流表外接的电路。

②[3]．因滑动变阻器的阻值小于待测电阻阻值，可知滑动变阻器应该选择分压电路；

（3）[4]．电路连接如图：

（4）[5]．根据

解得

16.实验小组的同学用如图所示的装置做“用单摆测重力加速度”的实验。

(1)实验室有如下器材可供选用：

A．长约1 m的细线           

B．长约1 m的橡皮绳

C．直径约2 cm的铁球    

D．直径约2 cm的塑料球

E．米尺     

F．时钟

G．停表

实验时需要从上述器材中选择：____________（填写器材前面的字母）。

(2)在挑选合适器材制成单摆后他们开始实验，操作步骤如下：

①将单摆上端固定在铁架台上。

②测得摆线长度，作为单摆的摆长。

③在偏角较小的位置将小球由静止释放。

④记录小球完成n次全振动所用的总时间t，得到单摆振动周期。

⑤根据单摆周期公式计算重力加速度的大小。

其中有一处操作不妥当的是____________。（填写操作步骤前面的序号）

(3)发现(2)中操作步骤的不妥之处后，他们做了如下改进：让单摆在不同摆线长度的情况下做简谐运动，测量其中两次实验时摆线的长度l1、l2和对应的周期T1、T2，通过计算也能得到重力加速度大小的测量值。请你写出该测量值的表达式g=_____________。

(4)实验后同学们进行了反思。他们发现由单摆周期公式可知周期与摆角无关，而实验中却要求摆角较小。请你简要说明其中的原因_____________。

【答案】    (1). ACEG    (2). ②    (3).     (4). 是单摆做简谐运动的周期公式,当摆角较小时才可以将单摆的运动视为简谐运动。

【解析】

【详解】（1）[1]．实验时需要从上述器材中选择：A．长约1 m的细线 ；C．直径约2 cm的铁球； E．米尺； G．停表；故选ACEG；

（2）[2]．其中的第②步骤中应该测得摆线长度加上摆球的半径作为单摆的摆长。

（3）[3]．根据可得：

联立解得：

（4）[4]．是单摆做简谐运动的周期公式；当摆角较小时才可以将单摆的运动视为简谐运动。

17.带电粒子的电荷量与质量之比（）叫做比荷。比荷的测定对研究带电粒子的组成和结构具有重大意义。利用质谱仪可以测量带电粒子的比荷。如图所示为一种质谱仪的原理示意图。某带电粒子从容器A下方的小孔飘入加速电场（其初速度可视为零），之后自O点沿着与磁场边界垂直的方向进入匀强磁场中，最后打到照相底片上的P点。忽略重力的影响。当加速电场的电势差为U，匀强磁场的磁感应强度为B时，O点与P点间的距离为L。

（1）请你说该带电粒子带正电还是带负电。

（2）求该带电粒子的比荷。

【答案】(1)正电 (2)

【解析】

【详解】（1）根据粒子在磁场中的运动轨迹，结合左手定则可知粒子带正电。

（2）带电粒子在加速电场中加速，根据动能定理  

带电粒子在磁场中做匀速圆周运动时，洛伦兹力充当向心力

由题知 

解得带电粒子的比荷

18.如图所示，用不可伸长的轻绳将物块a悬挂于O点。现将轻绳拉至水平，将物块a由静止释放。当物块a运动至最低点时，恰好与静止在水平面上的物块b发生完全弹性碰撞。碰撞后物块b在水平面上滑行一段距离后停下来。已知轻绳的长度为L，物块a的质量为m，物块b的质量为3m，a、b均可视为质点，重力加速度大小为g，不计空气阻力的影响。

(1)求碰撞前瞬间，轻绳对物块a的拉力大小；

(2)求碰撞后瞬间，物块b的速度大小；

(3)有同学认为：两物块碰撞后，物块b在水平面上滑行一段距离后停下来，是因为碰撞后没有力来维持它的运动。你认为这种说法是否正确，并说明你的理由。

【答案】(1) (2) (3)见解析

【解析】

【详解】（1）物块a由静止开始运动到最低点过程

根据动能定理 

物块a运动到最低点时，根据牛顿第二定律 

联立解得，碰撞前瞬间轻绳对物块a的拉力大小

（2）两物块发生弹性碰撞过程

根据动量守恒定律  

根据能量守恒定律 

解得碰撞后瞬间，物块b的速度大小

（3）这种说法不正确。

物体的运动不需要力来维持。两物块碰撞后，物块b在水平面上运动一段距离后，之所以能停下来，是因为受到地面对它的滑动摩擦力，使它的运动状态发生改变。如果没有滑动摩擦力，物块将做匀速直线运动。

19.如图所示，足够长的平行光滑金属导轨固定在水平面上，间距为L，一端连接阻值为R的电阻。导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B 。电阻为r的导体棒MN放在导轨上，其长度恰好等于导轨间距，与导轨接触良好。导轨的电阻可忽略不计。在平行于导轨的恒力F作用下，导体棒沿导轨向右匀速运动，速度大小为v。

(1)求导体棒两端的电压；

(2)通过公式推导验证：在时间内，恒力F所做的功W等于电路获得的电能，也等于电路中产生的焦耳热Q；

(3)从微观角度看，导体棒MN中的自由电荷会同时参与沿导体棒方向和垂直导体棒方向的两个分运动，由此会受到两个相应的洛伦兹力，请你通过计算证明：导体棒中一个自由电荷所受的洛伦兹力做的总功为零。（为了方便，可认为导体棒中的自由电荷为正电荷。）

【答案】(1) (2)见解析 (3) 见解析

【解析】

【详解】⑴导体棒沿导轨向右匀速运动产生感应电动势  

E = BLv

由闭合电路欧姆定律可得，电路中电流 

导体棒两端电压         

⑵导体棒匀速运动，受力平衡

在时间内，恒力F做功

电路获得的电能

电路中产生的焦耳热 

可见，恒力F所做的功等于电路获得的电能，也等于电路中产生的焦耳热Q。

⑶设自由电荷的电荷量为q，沿导体棒定向移动的速率为。

如图所示，沿导体棒方向的洛伦兹力

在时间内，f1做正功 

垂直导体棒方向的洛伦兹力

在时间内，f2做负功 

所以，即导体棒中一个自由电荷所受的洛伦兹力做的总功为零。

20.人类对未知事物的好奇和科学家们的不懈努力，使人类对宇宙的认识越来越丰富。

(1)开普勒坚信哥白尼的“日心说”，在研究了导师第谷在20余年中坚持对天体进行系统观测得到的大量精确资料后，提出了开普勒三定律，为人们解决行星运动问题提供了依据，也为牛顿发现万有引力定律提供了基础。

开普勒认为：所有行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上。行星轨道半长轴的三次方与其公转周期的二次方的比值是一个常量。实际上行星的轨道与圆十分接近，在中学阶段的研究中我们按圆轨道处理。请你以地球绕太阳公转为例，根据万有引力定律和牛顿运动定律推导出此常量的表达式。

(2)天文观测发现，在银河系中，由两颗相距较近、仅在彼此间引力作用下运行的恒星组成的双星系统很普遍。已知某双星系统中两颗恒星围绕它们连线上的某一点做匀速圆周运动，周期为T，两颗恒星之间的距离为d，引力常量为G。求此双星系统的总质量。

(3)北京时间2019年4月10日21时，由全球200多位科学家合作得到的人类首张黑洞照片面世，引起众多天文爱好者的兴趣。

同学们在查阅相关资料后知道：①黑洞具有非常强的引力，即使以3×108m/s的速度传播的光也不能从它的表面逃逸出去。②地球的逃逸速度是第一宇宙速度的倍，这个关系对于其他天体也是正确的。③地球质量me =6.0×1024kg，引力常量G= 6.67×10-11N• m 2/ kg 2。

请你根据以上信息，利用高中学过的知识，通过计算求出：假如地球变为黑洞，在质量不变的情况下，地球半径的最大值（结果保留一位有效数字）。（注意：解题过程中需要用到、但题目没有给出的物理量，要在解题时做必要的说明）

【答案】(1) (2) (3) 9×10-3m

【解析】

【详解】⑴设太阳质量为ms，地球质量为me，地球绕太阳公转的半径为r

太阳对地球的引力是地球做匀速圆周运动的向心力

根据万有引力定律和牛顿运动定律

解得常量

⑵设双星的质量分别为m1、m2，轨道半径分别为r1、r2

根据万有引力定律及牛顿运动定律

且有 

双星总质量           

⑶设地球质量为me，地球半径为R。质量为m的物体在地球表面附近环绕地球飞行时，环绕速度为v1

由万有引力定律和牛顿第二定律

解得                

逃逸速度           

假如地球变为黑洞   

v2≥c

 代入数据解得地球半径的最大值

R=9×10-3m